Влияние ландшафта и климата на численность дождевых червей в лесных экосистемах юго-востока Западной Сибири

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Таежные и лесостепные экосистемы Западной Сибири подвергаются значительным климатическим и антропогенным трансформациям. Понимание связи численности дождевых червей, играющих важную роль в лесных сообществах, с условиями среды может быть использовано в мониторинге состояния экосистем. Целью работы являлось выявление связи численности дождевых червей в сообществах лесостепной и таежной зон на юго-востоке Западной Сибири с особенностями ландшафта, климатическими параметрами среды и со сроками сбора материала в течение теплого сезона. В анализ вошли данные о численности дождевых червей из 62 местообитаний. Моделирование проводилось факторным анализом смешанных данных (FAMD). Для выявления связи с численностью дождевых червей рассматривались количественные данные о типах почв и растительности, физико-химических почвенных характеристиках, климатических параметрах и категориальные данные орографического и гидротермического зонирования, геоботанического районирования о типах почв и растительности, сроках сбора материала. Во всех случаях наблюдаемую дисперсию лучше объясняют гидротермическое зонирование территории, климатические и почвенные условия, а полученные закономерности показательнее для численности морфо-экологических групп, а не отдельных видов дождевых червей. Подтверждается предположение, что зависимость от параметров, влияющих на влажность почвы, наблюдается у норной группы червей, в остальных случаях сильная связь отсутствует. Из этого следует, что на юге таежной зоны и в лесостепи на юго-востоке Западной Сибири наблюдаемая численность в сообществах будет в меньшей мере зависеть от месяца сбора материала, чем принято считать для экосистем умеренного пояса.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. Н. Ким-Кашменская

Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: m.kim-kashmenskaia@g.nsu.ru
Россия, ул. Пирогова, д. 1, Новосибирск, 630090

Список литературы

  1. Аветов Н. А., Александровский А. Л., Алябина И. О. и др. Национальный атлас почв Российской Федерации. М.: Астрель, 2011. 632 с.
  2. Алфимов А. В. Распределение минимальных температур в поверхностном слое почвы под снегом в Северной Евразии // Почвоведение. 2005. № 4. С. 438—445.
  3. Алфимов А. В., Берман Д. И., Булахова Н. А. Зимние температурные условия в корнеобитаемом слое почв в Сибири и на северо-востоке Азии // Вестник Северо-Восточного научного центра ДВО РАН. 2012. № 3. С. 10—18.
  4. Берман Д. И., Мещерякова Е. Н., Алфимов А. В., Лейрих А. Н. Распространение дождевого червя Dendrobaena octaedra (Lumbricidae, Oligochaeta) на севере Голарктики ограничено недостаточной морозостойкостью // Зоологический журнал. 2002. Т. 81. № 10. С. 1210—1221.
  5. Берман Д. И., Булахова Н. А., Мещерякова Е. Н. Холодоустойчивость и ареал дождевого червя Eisenia sibirica (Oligochaeta, Lumbricidae) // Сибирский экологический журнал. 2016. Т. 23. № 1. С. 56—64.
  6. Берман Д. И., Лейрих A. H. Холодоустойчивость массовых почвообитающих беспозвоночных животных северо-востока Азии. 2. Холодоустойчивость как адаптация к климату // Зоологический журнал. 2017. Т. 96. № 10. С. 1119—1131.
  7. Берман Д. И., Мещерякова Е. Н., Лейрих А. Н. Яйцевые коконы дождевого червя Dendrodrilus rubidus tenuis (Lumbricidae, Oligochaeta) переносят пребывание в жидком азоте // Доклады Академии наук. 2010. T. 434. № 6. С. 834—837.
  8. Бессолицына Е. П. Эколого-географические закономерности распределения дождевых червей (Oligohaeta, Lumbricidae) в ландшафтах юга Средней Сибири // Экология. 2012. № 1. С. 70—73.
  9. Бызова Ю. Б., Чадаева З. В. Сравнительная характеристика почвенной фауны различных ассоциаций пихтового леса (Кемеровская область) // Зоологический журнал. 1965. Т. 44. № 3. С. 331—339.
  10. Всеволодова-Перель Т. С. Дождевые черви фауны России. М.: Наука, 1997. 102 с.
  11. Ганин Г. Н. Почвенные животные Уссурийского края. Владивосток–Хабаровск: Дальнаука, 1997. 160 с.
  12. Гераськина А. П. Дождевые черви (Oligochaeta, Lumbricidae) окрестностей пос. Домбай Тебердинского заповедника (Северо-Западный Кавказ, Карачаево-Черкессия) // Труды Зоологического института РАН. 2016. Т. 320. № 4. С. 450—466.
  13. Гераськина А. П. Влияние дождевых червей разных морфо-экологических групп на аккумуляцию углерода в лесных почвах // Вопросы лесной науки. 2020. Т. 3. № 2. 20 с.
  14. Гиляров М. С. Зоологический метод диагностики почв. М.: Наука, 1965. 281 с.
  15. Голованова Е. В. Дождевые черви Омской области // Труды Томского государственного университета. 2010. Т. 275. С. 111—114.
  16. Гонгальский К. Б. Лесные пожары и почвенная фауна. М: Товарищество научных изданий КМК, 2014. 169 с.
  17. Ермолов С. А. Биотопическое распределение дождевых червей (Oligochaeta, Lumbricidae) в малых речных долинах лесостепного Приобья // Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2019. № 2. 18 с.
  18. Ермолов С. А. Сообщества дождевых червей (Oligochaeta, Lumbricidae) хвойных и мелколиственных лесов лесостепного Приобья // Вопросы лесной науки. 2020. Т. 3. № 2. 24 с.
  19. Крылова Л. П., Акулова Л. И., Долгин М. М. Дождевые черви (Oligochaeta, Lumbricidae) таежной зоны Республики Коми. Сыктывкар: Коми государственный педагогический институт, 2011. 104 с.
  20. Лапшина Е. И. Карта растительности юго-востока Западной Сибири, масштаб 1:1 000 000. 1963. 2 л.
  21. Гиляров М. С. Учет крупных беспозвоночных (мезофауны) // Методы почвенно-зоологических исследований. М.: Наука, 1975. С. 12—29.
  22. Макунина Н. И. Растительность лесостепи Западно-Сибирской равнины и Алтае-Саянской горной области. Новосибирск: Гео, 2016. 180 с.
  23. Мещерякова Е. Н., Берман Д. И. Устойчивость к отрицательным температурам и географическое распространение дождевых червей (Oligochaeta, Lumbricidae, Moniligastridae) // Зоологический журнал. 2014. Т. 93. № 1. С. 53—64.
  24. Мордкович В. Г. Зооиндикация почв и почвенных процессов // Почвоведение. 1991. Т. 8. С. 40—47.
  25. Перель Т. С. Жизненные формы дождевых червей (Lumbricidae) // Журнал общей биологии. 1975. Т. 36. № 2. С. 189—202.
  26. Перель Т. С., Соколов Д. Ф. Количественная оценка участия дождевых червей Lumbricus terrestris Linne (Lumbricidae, Oligocheta) в переработке лесного опада // Зоологический журнал. 1964. Т. 43. № 11. С. 1618—1625.
  27. Песенко Ю. А. Принципы и методы количественного анализа в фаунистических исследованиях. М.: Наука, 1982. 287 с.
  28. Покаржевский А. Д., Гонгальский К. Б., Зайцев Ф. С., Савин Ф. А. Пространственная экология почвенных животных. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2007. 175 с.
  29. Рихтер Г. Д. Западная Сибирь. М.: АН СССР, 1963. 488 с.
  30. Сляднев А. П. Географические основы климатического районирования и опыт их применения на юго-востоке Западно-Сибирской равнины // География Западной Сибири. 1965. Т. 1. С. 3—122.
  31. Angst Š., Mueller C. W., Cajthaml T. et al. Stabilization of soil organic matter by earthworms is connected with physical protection rather than with chemical changes of organic matter // Geoderma. 2017. V. 289. P. 29—35.
  32. Blakemore R. Earthworms newly from Mongolia (Oligochaeta, Lumbricidae, Eisenia) // ZooKeys. 2013. V. 285. P. 1—21.
  33. Buchhorn M. et al. Copernicus Global Land Service: Land Cover 100m: collection 3: epoch 2019: Globe. 2020.
  34. Capowiez Y., Sammartino S., Keller T., Bottinelli N. Decreased burrowing activity of endogeic earthworms and effects on water infiltration in response to an increase in soil bulk density // Pedobiologia. 2021. V. 85—86. P. 150728.
  35. Crumsey J. M., Le Moine J. M., Vogel C. S., Nadelhoffer K. J. Historical patterns of exotic earthworm distributions inform contemporary associations with soil physical and chemical factors across a northern temperate forest // Soil Biology and Biochemistry. 2014. V. 68. P. 503—514.
  36. Curry J. P. Factors affecting the abundance of earthworms in soils // Earthworm ecology. CRC Press, Boca Raton, 2004. P. 91—113.
  37. Díaz S. Ecosystem Function Measurement, Terrestrial Communities // Encyclopedia of Biodiversity, 2nd edn. Waltham, MA: Academic Press, 2013. P. 321—344.
  38. Duddigan S., Fraser T., Green I. et al. Plant, soil and faunal responses to a contrived pH gradient // Plant and Soil. 2021. V. 462. № 1. P. 505—524.
  39. Edwards C. A., Bohlen P. J. Biology and Ecology of Earthworms. Chapman and Hall, London, 1996. 426 p.
  40. Eggleton P., Inward K., Smith J. et al. A six-year study of earthworm (Lumbricidae) populations in pasture woodland in southern England shows their responses to soil temperature and soil moisture // Soil Biology and Biochemistry. 2009. V. 41. № 9. P. 1857—1865.
  41. Enríquez S., Duarte C. M., Sand-Jensen K. Patterns in decomposition rates among photosynthetic organisms: the importance of detritus C: N: P content // Oecologia. 1993. V. 94. № 4. P. 457—471.
  42. Fick S. E., Hijmans R. J. WorldClim 2: new 1-km spatial resolution climate surfaces for global land areas // International Journal of Climatology. 2017. V. 37. № 12. P. 4302—4315.
  43. Geraskina A., Shevchenko N. Distribution of epi-endogeic and endogeic earthworm species (Oligochaeta: Lumbricidae) in the forest belt of the Northwest Caucasus // Zootaxa. 2021. V. 4975. № 3. P. 561—573.
  44. Gongalsky K. B., Belorustseva S. A., Kuznetsova D. M. et al. Spatial avoidance of patches of polluted chernozem soils by soil invertebrates // Insect Science. 2009. V. 16. № 1. P. 99—105.
  45. Helling C. S., Chesters G., Corey R. B. Contribution of Organic Matter and Clay to Soil Cation-Exchange Capacity as Affected by the pH of the Saturating Solution // Soil Science Soc of Amer J. 1964. V. 28. № 4. P. 517—520.
  46. Hengl T., Mendes de Jesus J., Heuvelink G. B. et al. SoilGrids 250 m: Global gridded soil information based on machine learning // PLoS Оne. 2017. V. 12. № 2. P. e0169748.
  47. Holmstrup M., Østergaard I. K., Nielsen A., Hansen B. T. The relationship between temperature and cocoon incubation time for some lumbricid earthworm species // Pedobiologia. 1991. V. 35. № 3. P. 179—184.
  48. Joschko M., Fox C. A., Lentzsch P. et al. Spatial analysis of earthworm biodiversity at the regional scale // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2006. V. 112. № 4. P. 367—380.
  49. Karger D. N., Zimmermann N. E. Climatologies at high resolution for the earth’s land surface areas. CHELSA V1. 2: Technical specification // Swiss Federal Research Institute WSL, Switzerland. 2019.
  50. Kassambara A. Practical guide to principal component methods in R: PCA, M (CA), FAMD, MFA, HCPC, factoextra. Sthda, 2017. 170 p.
  51. Keudel M., Schrader S. Axial and radial pressure exerted by earthworms of different ecological groups // Biology and Fertility of Soils. 1999. V. 29. № 3. P. 262—269.
  52. Lang B., Russell D. J. Effects of earthworms on bulk density: A meta-analysis // European Journal of Soil Science. 2020. V. 71. № 1. P. 80—83.
  53. Lavelle P., Spain A. V. Soil Ecology. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht. 2001. 654 p.
  54. Li J., Zhang Z., Wang H., Wang S., Chen Q. et al. Urban land-use impacts on composition and spatiotemporal variations in abundance and biomass of earthworm community // Journal of Forestry Research. 2020. V. 31. № 1. P. 325—331.
  55. Marchán D. F., Refoyo P., Fernández R. et al. Macroecological inferences on soil fauna through comparative niche modeling: The case of Hormogastridae (Annelida, Oligochaeta) // European Journal of Soil Biology. 2016. V. 75. P. 115—122.
  56. Nordström S., Rundgren S. Environmental factors and lumbricid associations in southern Sweden // Pedobiologia. 1974. V. 14. P. 1—27.
  57. Pagenkemper S. K., Athmann M., Uteau D. et al. The effect of earthworm activity on soil bioporosity — Investigated with X-ray computed tomography and endoscopy// Soil and Tillage Research. 2015. V. 146. P. 79—88.
  58. Phillips H., Beaumelle L., Tyndall K. et al. The effects of global change on soil faunal communities: a meta-analytic approach // Research Ideas and Outcomes. 2019. V. 5. P. e36427.
  59. Poggio L. et al. SoilGrids 2.0: producing soil information for the globe with quantified spatial uncertainty // SOIL. 2021. V. 7. № 1. P. 217—240.
  60. Räty M., Huhta V. Earthworm communities in birch stands with different origin in central Finland // Pedobiologia. 2004. V. 48. № 3. P. 283—291.
  61. Römbke J., Jänsch S., Didden W. The use of earthworms in ecological soil classification and assessment concepts // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2005. V. 62. № 2. P. 249—265.
  62. Scheu S., Wolters V. Influence of fragmentation and bioturbation on the decomposition of 14C-labelled beech leaf litter // Soil Biology and Biochemistry. 1991. V. 23. № 11. P. 1029—1034.
  63. Shekhovtsov S. V., Shipova A. A., Poluboyarova T. V. et al. Species delimitation of the Eisenia nordenskioldi complex (Oligochaeta, Lumbricidae) using transcriptomic data // Frontiers in Genetics. 2020. V. 11. P. 598196.
  64. Southwood T. R.E., Henderson P. A. Ecological methods, 3 Eds. Blackwell Science, 2000. 593 p.
  65. Tuanmu M., Jetz W. A global 1-km consensus land-cover product for biodiversity and ecosystem modelling // Global Ecology and Biogeography. 2014. V. 23. № 9. P. 1031—1045.
  66. Valckx J., Govers G., Hermy M., Muys B. Optimizing Earthworm Sampling in Ecosystems // Biology of Earthworms. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2011. P. 19—38.
  67. Van Groenigen J. W., Van Groenigen K. J., Koopmans G. F. et al. How fertile are earthworm casts? A meta-analysis // Geoderma. 2019. V. 338. P. 525—535.
  68. Walker B. H. Biodiversity and Ecological Redundancy // Conservation Biology. 1992. V. 6. № 1. P. 18—23.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Блок-схема моделирования на основании категориальных и количественных переменных среды и данных о численности дождевых червей.

Скачать (54KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Корреляционная карта количественных климатических показателей, численности видов дождевых червей (а) и морфо-экологических групп дождевых червей (в), доверительные эллипсы (уровень достоверности 0.95) при соответствующей ординации сообществ на основании деления по гидротермическим зонам (б, г), полученные с помощью FAMD. Условные обозначения: виды дождевых червей как в табл. 2; общая — общая численность дождевых червей в сообществе; nfd — количество дней с температурой ниже 0 °C, sw — снеговой запас воды, shc_5 — гидротермический коэффициент Селянинова для периода с температурами выше 5 °C, gsp_5 — cумма осадков для периода с температурами выше 5 °C, fcf — частота перехода температуры через 0 °C, gdd_5 — сумма накопленных температур для периода с температурами выше 5 °C.

Скачать (89KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Корреляционная карта количественных почвенных характеристик и численности морфо-экологических групп дождевых червей (а) и численности морфо-экологических групп без участия количественных факторов среды (в), доверительные эллипсы (уровень достоверности 0.95) при соответствующей ординации сообществ на основании деления по гидротермическим зонам (б, г), полученные с помощью FAMD. Условные обозначения: bd — насыпная плотность мелкоземистой фракции, nitrogen — общий азот (N), silt — доля илистых частиц (≥ 0.002 мм и ≤ 0.05 мм) в мелкоземистой фракции, sand — доля частиц песка (>0.05 мм) в мелкоземистой фракции, soc — содержание органического углерода почвы в мелкоземистой фракции, ocd — плотность органического углерода, clay — доля глинистых частиц (< 0.002 мм) в мелкоземистой фракции, cec — емкость катионного обмена почвы, pH — кислотность почвенной водной вытяжки.

Скачать (85KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Ординация сообществ на основании численности морфо-экологических форм дождевых червей (получены с помощью FAMD). Вклад в формирование первых двух главных компонент отдельных категорий качественных признаков, вовлеченных в моделирование, и степень их описания компонентами (а), доверительные эллипсы (уровень достоверности 0.95) при ординации по орографическому зонированию (б), месяцу сбора (в), гидротермическому зонированию (г). Условные обозначения: SLP — северная лесостепь, подтайга, UL — южная лесостепь, Tg — тайга, Bar — Барабинская лесостепь, PrO — Приобское плато, Sal — Салаир, Gsh — Горная Шория, Al — Алтай, Kal — Кузнецкий Алатау, Ma — май, Jn — июнь, Jl — июль, Au — август, Sen — сентябрь.

Скачать (82KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024